专题13 元素及其化合物知识的综合应用-2020年高考化学真题与模拟题分类训练(教师版含解析)
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1、专题 13 元素及其化合物知识的综合应用 1(2020 年新课标)化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重要化工原料, 又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题: (1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料, 可采用如图(a)所示的装置来制取。 装置中的离子膜只允许_ 离子通过,氯气的逸出口是_(填标号)。 (2)次氯酸为一元弱酸,具有漂白和杀菌作用,其电离平衡体系中各成分的组成分数 (X)= - cX cHClO +cClO ( ) () () ,X 为 HClO 或 ClO与 pH 的关系如图(b)所示。HClO 的电离常数 Ka值为_。 (3)Cl2O 为淡棕黄色气体
2、,是次氯酸的酸酐,可由新制的 HgO 和 Cl2反应来制备,该反应为歧化反应(氧化剂 和还原剂为同一种物质的反应)。上述制备 Cl2O 的化学方程式为_。 (4)ClO2常温下为黄色气体,易溶于水,其水溶液是一种广谱杀菌剂。一种有效成分为 NaClO2、NaHSO4、 NaHCO3的“二氧化氯泡腾片”,能快速溶于水,溢出大量气泡,得到 ClO2溶液。上述过程中,生成 ClO2的 反应属于歧化反应,每生成 1 mol ClO2消耗 NaClO2的量为_mol;产生“气泡”的化学方程式为 _。 (5)“84 消毒液”的有效成分为 NaClO,不可与酸性清洁剂混用的原因是_(用离子方程式表示)。工业
3、上 是将氯气通入到 30%的 NaOH 溶液中来制备 NaClO 溶液,若 NaClO 溶液中 NaOH 的质量分数为 1%,则生 产 1000 kg 该溶液需消耗氯气的质量为_kg(保留整数)。 【答案】(1)Na+ a (2)10-7.5 (3)2Cl2+HgO=HgCl2+Cl2O (4)1.25 NaHCO3+NaHSO4=CO2+Na2SO4+H2O (5)ClO-+Cl-+2H+=Cl2+ H2O 203 2020 年高考真题年高考真题 【解析】 【分析】(1)电解饱和食盐水,阳极产生氯气,阳离子移向阴极室; (2)由图 pH=7.5 时,c(HClO)=c(ClO-),HClO
4、的 Ka= +- c(H )c(ClO ) c(HClO) =c(H+); (3)Cl2歧化为 Cl2O 和 Cl-; (4)根据 5ClO24H=4ClO2Cl2H2O,计算每生成 1molClO2,消耗的 NaClO2;碳酸氢钠和硫酸氢钠反 应生成硫酸钠、水和二氧化碳; (5)“84”中的 NaClO、NaCl 和酸性清洁剂混合后发生归中反应;根据 NaOH 质量守恒计算; 【详解】(1)电解饱和食盐水,反应的化学方程式为 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2,阳极氯离子失 电子发生氧化反应生成氯气,氯气从 a 口逸出,阴极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气,产生 OH-与通 过
5、离子膜的 Na+在阴极室形成 NaOH,故答案为:Na+;a; (2)由图 pH=7.5 时,c(HClO)=c(ClO-),HClO 的 Ka= +- c(H )c(ClO ) c(HClO) =c(H+)=10-7.5;故答案为:10-7.5; (3)Cl2歧化为 Cl2O 和 Cl-,HgO 和氯气反应的方程式为:2Cl2+HgO=HgCl2+Cl2O,故答案为: 2Cl2+HgO=HgCl2+Cl2O; (4)5ClO24H=4ClO2Cl2H2O,每生成 1molClO2,消耗 NaClO2为 1mol 5 4 =1.25mol;碳酸氢钠和 硫酸氢钠反应生成硫酸钠、水和二氧化碳,方程
6、式为:NaHCO3NaHSO4=Na2SO4H2OCO2,故答案 为:1.25mol;NaHCO3NaHSO4=Na2SO4H2OCO2; (5)“84”中的 NaClO、 NaCl 和酸性清洁剂混合后发生归中反应, 离子方程式为: ClOCl2H=Cl2H2O; 设氯气为 xkg,则消耗的 NaOH 为 80 71 x kg,原氢氧化钠质量为 80 71 x +1000Kg 0.01,由 NaOH 质量守恒:原 溶液为 1000Kg-x,则 80 71 x Kg+1000Kg 0. 01=(1000Kg-x) 0.3,解得 x=203Kg;故答案为:ClOCl2H =Cl2H2O;203。
7、2(2020 年江苏卷)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成份为铁的氧化物)制备软磁性材料 -Fe2O3。 其主要实验流程如下: (1)酸浸:用一定浓度的 H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变,实验中采取下列措施能提高铁 元素浸出率的有_(填序号)。 A适当升高酸浸温度 B适当加快搅拌速度 C适当缩短酸浸时间 (2)还原:向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉,使 Fe3+完全转化为 Fe2+。“还原”过程中除生成 Fe2+外,还会生 成_(填化学式);检验 Fe3+是否还原完全的实验操作是_。 (3)除杂:向“还原”后的滤液中加入 NH4F 溶液,使 Ca2+转化为 CaF2沉淀除去。若
8、溶液的 pH 偏低、将会导 致 CaF2沉淀不完全,其原因是_ -9 sp2 CaF =5.3 10K, -4 a(HF)=6.3 10 K。 (4)沉铁:将提纯后的 FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应,生成 FeCO3沉淀。 生成 FeCO3沉淀的离子方程式为_。 设计以 FeSO4溶液、氨水- NH4HCO3混合溶液为原料,制备 FeCO3的实验方案:_。 (FeCO3沉淀需“洗涤完全”,Fe(OH)2开始沉淀的 pH=6.5)。 【答案】(1)AB (2)H2 取少量清液,向其中滴加几滴 KSCN 溶液,观察溶液颜色是否呈血红色 (3)pH 偏低形成 HF,导致溶液中 F-
9、浓度减小,CaF2沉淀不完全 (4) 2 332342 FeHCONHH OFeCONHH O 或 2 3334 FeHCONHFeCONH 在搅拌下向 FeSO4溶液中缓慢加入氨水-NH4HCO3混合溶液,控制溶液 pH 不大于 6.5;静置后过滤,所 得沉淀用蒸馏水洗涤 23 次;取最后一次洗涤后的滤液,滴加盐酸酸化的 BaCl2溶液,不出现白色沉淀 【解析】 【分析】铁泥的主要成份为铁的氧化物,铁泥用 H2SO4溶液“酸浸”得到相应硫酸盐溶液,向“酸浸”后的滤液 中加入过量铁粉将 Fe3+还原为 Fe2+;向“还原”后的滤液中加入 NH4F 使 Ca2+转化为 CaF2沉淀而除去;然后
10、进行“沉铁”生成 FeCO3,将 FeCO3沉淀经过系列操作制得 Fe2O3;据此分析作答。 【详解】(1)A适当升高酸浸温度,加快酸浸速率,能提高铁元素的浸出率,A 选; B适当加快搅拌速率,增大铁泥与硫酸溶液的接触,加快酸浸速率,能提高铁元素的浸出率,B 选; C适当缩短酸浸时间,铁元素的浸出率会降低,C 不选; 答案选 AB。 (2)为了提高铁元素的浸出率,“酸浸”过程中硫酸溶液要适当过量,故向“酸浸”后的滤液中加入过量的铁粉 发生的反应有: Fe+2Fe3+=3Fe2+、 Fe+2H+=Fe2+H2, “还原”过程中除生成 Fe2+外, 还有 H2生成; 通常用 KSCN 溶液检验 F
11、e3+,故检验 Fe3+是否还原完全的实验操作是:取少量清液,向其中滴加几滴 KSCN 溶液,观察 溶液颜色是否呈血红色,若不呈血红色,则 Fe3+还原完全,若溶液呈血红色,则 Fe3+没有还原完全,故答案 为:H2,取少量清液,向其中滴加几滴 KSCN 溶液,观察溶液颜色是否呈血红色。 (3)向“还原”后的滤液中加入 NH4F 溶液,使 Ca2+转化为 CaF2沉淀,Ksp(CaF2)=c(Ca2+) c2(F-),当 Ca2+完全沉 淀(某离子浓度小于 1 10-5mol/L 表明该离子沉淀完全)时,溶液中 c(F-)至少为 9 5 5.3 10 1 10 mol/L= 5.3 10-2m
12、ol/L;若溶液的 pH 偏低,即溶液中 H+浓度较大,H+与 F-形成弱酸 HF,导致溶液中 c(F-)减小,CaF2 沉淀不完全,故答案为:pH 偏低形成 HF,导致溶液中 F-浓度减小,CaF2沉淀不完全。 (4)将提纯后的 FeSO4溶液与氨水NH4HCO3混合溶液反应生成 FeCO3沉淀, 生成 FeCO3的化学方程式为 FeSO4+NH3 H2O+NH4HCO3=FeCO3+(NH4)2SO4+H2O或 FeSO4+NH3+NH4HCO3=FeCO3+(NH4)2SO4,离子 方程式为 Fe2+ - 3 HCO+NH3 H2O=FeCO3+ + 4 NH+H2O(或 Fe2+ -
13、3 HCO+NH3=FeCO3+ + 4 NH), 答案为: Fe2+ - 3 HCO+NH3 H2O=FeCO3+ + 4 NH+H2O(或 Fe2+ - 3 HCO+NH3=FeCO3+ + 4 NH)。 根据题意 Fe(OH)2开始沉淀的 pH=6.5,为防止产生 Fe(OH)2沉淀,所以将 FeSO4溶液与氨水NH4HCO3 混合溶液反应制备 FeCO3沉淀的过程中要控制溶液的 pH 不大于 6.5;FeCO3沉淀需“洗涤完全”,所以设计 的实验方案中要用盐酸酸化的 BaCl2溶液检验最后的洗涤液中不含 2- 4 SO ;则设计的实验方案为:在搅拌下 向 FeSO4溶液中缓慢加入氨水N
14、H4HCO3混合溶液,控制溶液 pH 不大于 6.5;静置后过滤,所得沉淀用蒸 馏水洗涤 23 次;取最后一次洗涤后的滤液,滴加盐酸酸化的 BaCl2溶液,不出现白色沉淀,故答案为:在 搅拌下向 FeSO4溶液中缓慢加入氨水NH4HCO3混合溶液,控制溶液 pH 不大于 6.5;静置后过滤,所得沉 淀用蒸馏水洗涤 23 次;取最后一次洗涤后的滤液,滴加盐酸酸化的 BaCl2溶液,不出现白色沉淀。 3(2020 年江苏卷)次氯酸钠溶液和二氯异氰尿酸钠(C3N3O3Cl2Na)都是常用的杀菌消毒剂。 NaClO 可用于 制备二氯异氰尿酸钠. (1)NaClO 溶液可由低温下将 Cl2缓慢通入 Na
15、OH 溶液中而制得。制备 NaClO 的离子方程式为_; 用于环境杀菌消毒的 NaClO 溶液须稀释并及时使用,若在空气中暴露时间过长且见光,将会导致消毒作用 减弱,其原因是_。 (2)二氯异氰尿酸钠优质品要求有效氯大于 60%。通过下列实验检测二氯异氰尿酸钠样品是否达到优质品标 准。实验检测原理为 333223333 C N O ClH2H OC H N O2HClO 22 HClO2IHIClH O 22 22346 I2S OS O2I 准确称取 1.1200g 样品,用容量瓶配成 250.0mL 溶液;取 25.00mL 上述溶液于碘量瓶中,加入适量稀硫酸 和过量 KI 溶液,密封在暗
16、处静置 5min;用 1 0.1000mol L Na2S2O3标准溶液滴定至溶液呈微黄色,加入淀 粉指示剂继续滴定至终点,消耗 Na2S2O3溶液 20.00mL。 通过计算判断该样品是否为优质品_。(写出计算过程, 2 100% 测定中转化为HClO的氯元素质量 该样品的有效氯 样品的质量 ) 若在检测中加入稀硫酸的量过少,将导致样品的有效氯测定值_(填“偏高”或“偏低”)。 【答案】(1) 22 Cl2OHClOClH O NaClO 溶液吸收空气中的 CO2后产生 HClO,HClO 见光 分解 (2) 2-1-3 23 nO=0.1000mol L0.02000L=2.000 10
17、molS 根据物质转换和电子得失守恒关系: 2 3332223 C N O Cl 2HClO 2I 4S O 得 23 23 (Cl)0.5S O1.000 10 molnn 氯元素的质量: 31 (Cl)1.000 10 mol 35.5g mol0.03550gm 该样品的有效氯为: 0.03550 2 100%63.39% 25.0mL 1.1200g 250.0mL g 该样品的有效氯大于 60%,故该样品为优质品 偏低 【解析】(1)由题意可知,氯气通入氢氧化钠中产生次氯酸钠,同时产生氯化钠,反应的离子方程式为: - 22 Cl +2OH =ClO +Cl +H O; 次氯酸钠溶液长
18、期暴露在空气中会吸收空气中的二氧化碳气体, 因次氯酸酸 性比碳酸弱,因此次氯酸钠可以与二氧化碳在水中反应产生 HClO,HClO 具有不稳定性,在受热或见光条 件下会发生分解反应,产生 HCl 和 O2,从而是次氯酸钠失效; (2)由题中反应可知, - 3332 C N O Cl在酸性条件产生 HClO,HClO 氧化碘离子产生碘单质,碘单质再用硫代 硫酸钠滴定,结合反应转化确定物质之间的关系为: -2- 3332223 C N O Cl2HClO2I4S O, 2-13 23 O )0.1000mol L0.02000L2.000 10mol(Sn ,根据物质转换和电子得失守恒关系:得 n(
19、Cl)=0.5 2- 23 nS O()= -3 1.000 10 mol, 氯元素的质量:m(Cl)= -3-1 1.000 10 mol 35.5g mol=0.03550g,该样品中的有效氯为: 2 100% 25.00mL 1.1200g 250.0mL 0.03550g =63.39%, 该样品中的有效氯大于 60%,故该样品为优质品。 如果硫酸的用量过少,则导致反应 -+ 333223333 C N O Cl +H +2H O=C H N O +2HClO不能充分进行,产生的 HClO 的量偏低,最终导致实验测得的有效氯含量会偏低。 4(2020 年 7 月浙江选考).化合物由四种
20、短周期元素组成,加热 X,可产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝 的气体 Y,Y 为纯净物;取3.01gX,用含HCl 0.0600 mol的盐酸完全溶解得溶液 A,将溶液 A 分成 1 A和 2 A两等份,完成如下实验(白色沉淀 C 可溶于NaOH溶液): 请回答: (1)组成 X 的四种元素是 N、H 和_(填元素符号),X 的化学式是_。 (2)溶液 B 通入过量 2 CO得到白色沉淀 C 的离子方程式是_。 (3)写出一个化合反应 (用化学方程式或离子方程式表示)_。要求同时满足: 其中一种反应物的组成元素必须是 X 中除 N、H 外的两种元素; 反应原理与“ 34 =HClNHNH Cl”相
21、同。 .某兴趣小组为验证浓硫酸的性质进行实验,如图。实验中观察到的现象有:锥形瓶内有白雾,烧杯中出 现白色沉淀。请回答: (1)将浓硫酸和浓盐酸混合可产生HCl气体的原因是_。 (2)烧杯中出现白色沉淀的原因是_。 【答案】.(1)Al Cl 33 AlCl NH (2) 22233 AlOCO2H OAl(OH)HCO (3) 34 AlClClAlCl 或 3333 AlClNHAlCl NH .(1)吸收浓盐酸中的水分且放热导致HCl挥发 (2)HCl气体会将 24 H SO带出,与 3 2 Ba NO作用生成 4 BaSO 【解析】 【分析】根据题干可知,加热 X 可产生能使湿润的红色
22、石蕊试纸变蓝的纯净物气体 Y,故 Y 为 NH3,由实 验流程图中分析可知,结合 B 中通入过量的 CO2产生能溶于 NaOH 溶液的白色沉淀 C,故 C 为 Al(OH)3, 则 D 为 Al2O3,E 是 AgCl,结合图中数据利用原子守恒,可以计算出各自元素的物质的量,求出 X 的化学 式,再根据物质性质进行解答。 【详解】.(1)由分析可知,Y 为 NH3,由实验流程图中分析可知,结合 B 中通入过量的 CO2产生能溶于 NaOH 溶液的白色沉淀 C,故 C 为 Al(OH)3,则 D 为 Al2O3,E 是 AgCl,利用原子守恒可知:A1溶液中含 有 N 原子的物质的量为: 3 -
23、1 V224mL n(N)=n(NH )=0.01mol Vm22400mL mol ,Al 原子的物质的量为: 23 -1 m0.51g n(Al)=2n(Al O )=2=2=0.01mol M102g mol ,A2溶液中含有的 Cl-的物质的量为: - -1 0.06molm 0.06mol8.61g0.06mol n(Cl )=n(AgCl)-=-=-=0.03mol 2M2143.5g mol2 ; 故一半溶液中含有的 H 原子的物质的量为: -1-1-1 -1 3.01g -0.01mol 14g mol -0.01mol 27g mol -0.03mol 35.5g mol 2
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